JP7309728B2 - Acousto-optic device and method - Google Patents

Acousto-optic device and method Download PDF

Info

Publication number
JP7309728B2
JP7309728B2 JP2020538997A JP2020538997A JP7309728B2 JP 7309728 B2 JP7309728 B2 JP 7309728B2 JP 2020538997 A JP2020538997 A JP 2020538997A JP 2020538997 A JP2020538997 A JP 2020538997A JP 7309728 B2 JP7309728 B2 JP 7309728B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optic
focusing
acousto
microscope
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020538997A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021510845A (en
Inventor
クレーマー マヌエル
ノイガート フェリックス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems CMS GmbH
Publication of JP2021510845A publication Critical patent/JP2021510845A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7309728B2 publication Critical patent/JP7309728B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0064Optical details of the image generation multi-spectral or wavelength-selective arrangements, e.g. wavelength fan-out, chromatic profiling
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0076Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/116Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves using an optically anisotropic medium, wherein the incident and the diffracted light waves have different polarizations, e.g. acousto-optic tunable filter [AOTF]
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices

Description

本発明は、光学顕微鏡法、特に、多光子顕微鏡法の分野に関する。 The present invention relates to the field of optical microscopy, in particular multiphoton microscopy.

本発明は、音響光学素子および2つの集束光学系を含む、音響光学素子における回折光の色拡がり角を減少させる装置に関する。さらに本発明は、音響光学素子における回折光の色拡がり角を減少させる方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for reducing the color spread angle of diffracted light in an acousto-optic element, comprising an acousto-optic element and two focusing optics. Furthermore, the present invention relates to a method for reducing the color spread angle of diffracted light in an acousto-optic device.

光学顕微鏡法の多くの分野における重要な1つのチャレンジは、使用される方法とはかかわりなく、あらかじめ設定された1つ以上の波長を有する励起光を提供することである。顕微鏡法の種類に応じて、かつ/または試料の種類に応じて、一般にあらかじめ設定されたスペクトル特性を有するはずである1つ以上の励起光ビームが必要になることがある。 One key challenge in many areas of optical microscopy is to provide excitation light having one or more preset wavelengths, regardless of the method used. Depending on the type of microscopy and/or depending on the type of sample, one or more excitation light beams, which should generally have preset spectral characteristics, may be required.

例えば、蛍光顕微鏡法の分野において重要であるのは、蛍光を励起する波長を有する光を使用することである。特に、試料が、異なる励起スペクトルを有する蛍光物質を含有する場合には、種々異なる波長が使用される。 For example, in the field of fluorescence microscopy, it is important to use light with wavelengths that excite fluorescence. Different wavelengths are used, in particular if the sample contains fluorescent substances with different excitation spectra.

多光子顕微鏡法および共焦点走査型顕微鏡法(共焦点顕微鏡法)の分野において特に重要であるのは、特定の波長について強度を適合させるか、または特定の波長をオンまたはオフすることである。 Of particular importance in the fields of multiphoton microscopy and confocal scanning microscopy (confocal microscopy) is to adapt the intensity for particular wavelengths or to turn particular wavelengths on or off.

このためには、音響光学効果に基づく波長選択的な素子が使用可能である。このような音響光学素子は、一般に、いわゆる音響光学結晶を有しており、この音響光学結晶は、変換器または「トランスデューサ」とも称される音響信号発生器によって振動させられる。一般に、このような変換器は、圧電材料と、この材料に接触接続する2つ以上の電極とを有する。これらの電極と、一般に10MHz~10GHzの範囲内にある高周波とを電気的に接続することにより、圧電材料は励起されて振動し、これにより、結晶を通過する音響波を発生させることが可能である。音響光学結晶は、発生させたこの音波により、結晶の光学特性が変化する点が優れている。特に、局所的な屈折率の周期的な変調が行われる。この変調は、(ブラッグ)グレーティングのように作用し、対応する波長の光を回折させることが可能である。 For this, wavelength selective elements based on acousto-optic effects can be used. Such an acousto-optic device generally comprises a so-called acousto-optic crystal, which is vibrated by an acoustic signal generator, also called a transducer or "transducer". Generally, such transducers have a piezoelectric material and two or more electrodes contacting the material. By electrically connecting these electrodes to a high frequency, typically in the range of 10 MHz to 10 GHz, the piezoelectric material can be excited to vibrate, thereby generating acoustic waves that pass through the crystal. be. Acousto-optic crystals are distinguished by the fact that the optical properties of the crystal change due to this generated acoustic wave. In particular, a periodic modulation of the local refractive index takes place. This modulation can act like a (Bragg) grating and diffract light of the corresponding wavelength.

このような音響光学素子の例は、音響光学変調器(AOM:acousto-optical modulator)、音響光学偏向器(AOD:acousto-optical deflector)、音響光学チューナブルフィルタ(AOTF:acousto-optical tunable filter)、音響光学ビームスプリッタ(AOBS:acousto-optical beam splitter)および音響光学ビームミキサ(AOBM:acousto-optical beam mixer)である。本明細書の枠内では、AOMによって一般に、音響光学素子に形成される音響波に依存して、入射光の周波数および/または伝搬方向および/または強度を変化させるもしくは変調する音響光学素子を意味するものとする。例えば、AODは、伝搬方向を変化させるのに特化された、AOMの特別な特徴形態を表すのに対し、AOTFは、特に音響光学変調器のフィルタ特性を利用するAOMである。音響波が比較的高速に変調可能であることと、(例えば電気光学作用による)他の手法と比較してコストが少ないことにより、AOMは、レーザ走査顕微鏡における光変調のための標準ツールになっている。 Examples of such acousto-optical devices are acousto-optical modulators (AOMs), acousto-optical deflectors (AODs), acousto-optical tunable filters (AOTFs). , an acousto-optical beam splitter (AOBS) and an acousto-optical beam mixer (AOBM). Within the framework of this specification, by AOM generally is meant an acousto-optic element that changes or modulates the frequency and/or the direction of propagation and/or the intensity of incident light depending on the acoustic waves formed in the acousto-optic element. It shall be. For example, AOD represents a special form of AOM dedicated to changing the direction of propagation, while AOTF is an AOM that specifically exploits the filter properties of acousto-optic modulators. The relatively fast modulatable nature of acoustic waves and the low cost compared to other techniques (e.g., by electro-optical action) have made AOMs a standard tool for light modulation in laser scanning microscopy. ing.

多光子顕微鏡法においてAOMは広く知られている。ここでは、一般に、近赤外領域までの赤色領域に波長を有するフェムト秒レーザが使用される(F. HelmchenおよびW. Denkによる"Deep tissue two-photon microscopy"、Nature Methods 2、932~940 (2005))。一般的な値は、100MHzオーダの繰り返し率および直線偏光において、650nm~1300nmの波長、50fs~200fsのパルス幅、数100nJのパルスエネルギである。 AOM is widely known in multiphoton microscopy. Femtosecond lasers with wavelengths in the red to near-infrared region are generally used here (F. Helmchen and W. Denk, "Deep tissue two-photon microscopy", Nature Methods 2, 932-940 ( 2005)). Typical values are wavelengths of 650 nm to 1300 nm, pulse widths of 50 fs to 200 fs, and pulse energies of a few 100 nJ at repetition rates on the order of 100 MHz and linear polarization.

使用分野および要求に応じて、AOMおよび一般的な音響光学素子もしくは音響光学系は、さまざまなパラメータに基づいて最適化可能である。設計パラメータは、特に、
・プラス/マイナス1次回折光(いわゆる利用ビーム)の色共線性
・回折効率
・印加した高周波において効率的に回折される光のスペクトルバンド幅(スペクトル幅)
・入力ビームの角感度
・高周波の周波数範囲および振幅範囲
である。
Depending on the field of use and requirements, the AOM and the acoustooptic device or system in general can be optimized based on various parameters. The design parameters are, in particular,
・Color collinearity of plus/minus first order diffracted light (so-called usable beam) ・Diffraction efficiency ・Spectral bandwidth (spectral width) of light efficiently diffracted at the applied high frequency
• Angular sensitivity of the input beam. • High frequency frequency range and amplitude range.

特に、プラス/マイナス1次回折光(以下では、略して±1次回折光とも称する)の色共線性、すなわち互いに異なる波長の利用ビームの共線性は、多光子顕微鏡法における使用に一層重要である。言い換えると、本明細書の枠内において±1次回折光の色共線性は、プラス1次回折光ではあるが、互いに異なる波長の回折ビーム、またはマイナス1次回折光ではあるが、互いに異なる波長の回折ビームの共線性を意味する。色共線性のこの定義は、より高い次数の回折光(すなわち一般に±n次回折光、ただしn≧1)にも当てはまる。 In particular, the chromatic collinearity of the plus/minus 1st order diffracted light (hereinafter also referred to as ±1st order diffracted light for short), ie the collinearity of the utilized beams of different wavelengths, is more important for use in multiphoton microscopy. In other words, within the framework of this specification, the chromatic collinearity of the ±first order diffracted light is the positive first order diffracted light but with different wavelengths, or the negative first order diffracted light but with different wavelengths. means the collinearity of This definition of collinearity also applies to higher orders of diffracted light (ie generally ±nth diffracted lights, where n≧1).

AOMに、与えられた中心波長λおよびスペクトル幅Δλを有する光パルスが当たる場合、一般に利用ビームとして使用される±1次回折光が形成される。回折効率が有限であることにより、通例、さらに0次回折光も検出することが可能であるが、0次回折光は、±1次回折光と比べて、AOMによって良好に変調ができないため、一般に使用されない。 When the AOM is hit by a light pulse with a given center wavelength λ and spectral width Δλ, ±first order diffracted light is formed which is commonly used as a useful beam. Due to the finite diffraction efficiency, it is usually also possible to detect the 0th diffracted light, but the 0th diffracted light cannot be modulated well by the AOM compared to the ±1st diffracted lights, so it is not commonly used. .

光パルスのスペクトルバンド幅が有限であることにより、音響光学素子により、±1次回折光の角度分解が行われる。すなわち、光パルスの種々異なる色成分は、音響光学素子により、わずかに異なる方向に回折される。したがって±1次回折光の色共線性は存在しない。上の複数の段落で述べたことは、当然のことながら、より高次の回折光にも同様に当てはまる。 Due to the finite spectral bandwidth of the light pulse, the acoustooptic device provides an angular resolution of the ±first order diffracted light. That is, the different color components of the light pulse are diffracted in slightly different directions by the acousto-optic element. Therefore, there is no chromatic collinearity of the ±1st order diffracted lights. What has been said in the paragraphs above, of course, applies equally to higher orders of diffracted light.

音響光学素子によるこの拡がりの大きさを、以下では、色拡がり角(CSA:Chromatic Spread Angle)と称し、回折光の波長λによる、回折光の回折角φの微分と定義する。すなわちCSA=dφ/dλである。すなわちCSAは、1つの回折次数内における完全な色共線性からの偏差の強さについての尺度であり、単位mrad/nmを有する。音響光学素子に入射する光のスペクトルバンド幅が広ければ広いほど、光が回折される角度範囲も広くなる(CSAが一定の場合)。したがって回折光を効率的に利用するためには、広いスペクトルバンド幅を有する光においてCSAを補償または減少させることが特に望ましい。というのは、CSAと共にこの角度範囲も狭くなるからである。 The magnitude of this spread by the acousto-optic element is hereinafter referred to as a chromatic spread angle (CSA), and defined as the differential of the diffraction angle φ of the diffracted light with respect to the wavelength λ of the diffracted light. That is, CSA=dφ/dλ. That is, CSA is a measure of the strength of deviation from perfect chromatic collinearity within one diffraction order and has units of mrad/nm. The wider the spectral bandwidth of the light incident on the acousto-optic device, the wider the angular range over which the light is diffracted (for a given CSA). Therefore, it is particularly desirable to compensate or reduce CSA in light with a wide spectral bandwidth in order to efficiently utilize the diffracted light. This is because with the CSA this angular range also narrows.

(多光子)顕微鏡法において使用するために、大きすぎるCSAは、2つの理由から問題である。すなわち、第1に、フェムト秒光パルスの色成分の伝搬方向が異なることにより、伝搬が進むにつれてビームプロファイルが楕円形になり、ひいては励起対物レンズの入射瞳が最適に照明されず、これにより、特に、解像度が落ちるか、または出力が低下する(入射瞳が過剰に照明される場合)ことになる。第2に、光パルスの種々異なる色成分は、種々異なる角度で入射瞳に当たり、これによってこれらの色成分が、試料において空間的に分離されてしまうという結果になる。この空間的な分離(「空間チャープされた光パルス」または「空間チャープ」ともいう)により、色成分の同時でない到達(「時間チャープ」)と同様にピーク強度が減少され、ひいては多光子励起の効率も減少される。 Too large a CSA for use in (multiphoton) microscopy is problematic for two reasons. First, the different directions of propagation of the color components of the femtosecond light pulses lead to elliptical beam profiles as they propagate, and thus suboptimal illumination of the entrance pupil of the excitation objective, which In particular, either the resolution will be compromised or the output will be degraded (if the entrance pupil is over-illuminated). Second, different color components of the light pulse hit the entrance pupil at different angles, which results in these color components being spatially separated in the sample. This spatial separation (also called "spatial chirped light pulse" or "spatial chirp") reduces the peak intensity as well as the non-simultaneous arrival of the color components ("temporal chirp"), thus reducing multiphoton excitation. Efficiency is also reduced.

第1の点によって発生し、伝搬区間に依存する扁平率(もしくは「空間チャープ」)を発生する欠点は、従来技術によって補償可能であり、これは、適切なリレー光学系によってAOMの仮想の相互作用点を対物レンズの入射瞳に結像し、扁平率をまったく生じさせないことによって行われる。本明細書の枠内において、音響光学素子の、特にAOMの仮想の相互作用点(回折点)とは、音響光学素子から放出される複数のビームのビーム経過を光の物理的な伝搬方向とは逆に延長しかつそれらの交点を特定する場合に得られる1つの点のことであると理解される。 The drawback caused by the first point, which produces a propagation interval dependent flattening (or "spatial chirp"), can be compensated by the prior art, which is the virtual reciprocal of the AOM by suitable relay optics. This is done by imaging the point of action onto the entrance pupil of the objective lens and by causing no oblateness. Within the framework of this specification, a virtual interaction point (diffraction point) of an acousto-optical element, in particular of an AOM, is understood to mean the beam course of a plurality of beams emitted by the acousto-optical element with the physical direction of propagation of the light. is understood to be the single point obtained when extending inversely and identifying their points of intersection.

特に第2の問題(「時間チャープ」)を解決するために、従来技術では、プリズム(S. Zeng等による"Simultaneous compensation for spatial and temporal dispersion of acousto-optical deflectors for two-dimensional scanning with a single prism"、Opt. Lett. 31、1091~1093 (2006))、グレーティングまたは別の音響光学構成部材(Y. Kremer等による"A spatio-temporally compensated acousto-optic scanner for two-photon microscopy providing large field of view"、Opt. Express 16、10066~10076 (2008))が使用されており、これらは、適切な配置構成において実質的に、AOMによって生じるCSAが元のように補償されるようにする。しかしながらこれらのアプローチは、比較的コストがかかるか、または柔軟性を欠いている(例えばレーザ波長が変化する場合)。 In particular, to solve the second problem ("temporal chirp"), the prior art uses a prism (S. Zeng et al., "Simultaneous compensation for spatial and temporal dispersion of acousto-optical deflectors for two-dimensional scanning with a single prism ", Opt. Lett. 31, 1091-1093 (2006)), a grating or another acousto-optic component (Y. Kremer et al., "A spatio-temporally compensated acousto-optic scanner for two-photon microscopy providing large field of view. ", Opt. Express 16, 10066-10076 (2008)) have been used, which in a suitable arrangement substantially allow the CSA caused by the AOM to be compensated back. However, these approaches are either relatively costly or lack flexibility (eg, if the laser wavelength changes).

したがって本発明の課題は、音響光学素子、特にAOMによって回折された光の上記のCSAを大きく減少させ、これにより、高品質の多光子顕微鏡法が可能になるようにする、コスト的に有利でありかつ柔軟性に富む装置を示すことである。さらに本発明の課題は、対応する方法を示すことである。 It is therefore an object of the present invention to significantly reduce the above-mentioned CSA of light diffracted by acousto-optic devices, in particular AOMs, thereby enabling high-quality multiphoton microscopy in a cost-effective manner. The goal is to show a device that is versatile and flexible. A further object of the invention is to specify a corresponding method.

適切な光学構成部材により、音響光学素子に対する位置および方向において、光ビームもしくはレーザパルスのスペクトル成分を補償する、従来技術の上記の解決のアプローチとは異なり、本発明では、対物レンズ瞳の位置における色成分の共線性だけが保証される。これらの色成分は、次に試料側において同じ位置に結像される。 Unlike the above solution approaches of the prior art, which compensate for the spectral content of the light beam or laser pulse in position and orientation with respect to the acousto-optic element by suitable optical components, the present invention provides Only color component collinearity is guaranteed. These color components are then imaged at the same position on the sample side.

本発明によるこのアプローチに基づいて発見されたのは、驚くべきほど簡単に構成され、ひいてはコスト的に有利に製造可能なレンズシステムについての、請求項1に記載した技術的な実現であり、このレンズシステムは、音響光学素子と連係して柔軟に動作可能であり、回折光のCSAの補償について高い品質要件を満たす。有利な実施形態は、従属請求項ならびに以下の説明の対象である。 Based on this approach according to the invention, we have found the technical implementation of claim 1 for a lens system that is surprisingly simply constructed and thus cost-effectively manufacturable. The lens system can be flexibly operated in conjunction with acousto-optic elements and meets high quality requirements for CSA compensation of diffracted light. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims as well as the following description.

本発明の第1の実施形態によれば、音響光学素子における回折光の色拡がり角を減少させる本発明の装置は、入射光ビームの光路に配置されている音響光学素子を有し、この音響光学素子により、入射光ビームから、この音響光学素子の仮想の相互作用点を起点とする回折光が形成され、この装置にはさらに、2つの集束光学系が含まれており、第1の集束光学系は、光路において音響光学素子の前方に配置されており、第2の集束光学系は、回折光に配置されており、第1の集束光学系の後方の入射光ビームの焦点は、音響光学素子に位置しており、仮想の相互作用点は、第2の集束光学系の前方の焦点にある、ことを特徴とする。 According to a first embodiment of the invention, the inventive device for reducing the color spread angle of diffracted light in an acousto-optic element comprises an acousto-optic element arranged in the optical path of an incident light beam, the acoustic The optical element forms from the incident light beam diffracted light originating from a virtual interaction point of the acousto-optic element, the device further comprising two focusing optics, a first focusing The optical system is arranged in the optical path in front of the acousto-optic element, the second focusing optical system is arranged in the diffracted light, and the focal point of the incident light beam behind the first focusing optical system is the acoustic Located on the optical element, the virtual interaction point is characterized in that it is at the front focus of the second focusing optics.

基本的には、可能な限りに短い焦点距離を有する光学系によって本発明を実現するのが好ましい。というのはこれによって色の偏心が少なくなるからである。しかしながらこのことは、都度の音響光学素子の設計に応じて、多かれ少なかれ回折効率が大きく顕著に低下することになり得る。すなわち、入射光の特定の入射角(光軸とビーム経過との間の角度)が一層大きくなると、音響光学素子により、入射光は、一般に非効率的に回折される。したがって実施においては、具体的な適用事例を考慮して、偏心と回折効率との間の妥協を行わなければならない。 In principle, it is preferable to implement the invention with an optical system having the shortest possible focal length. as this reduces color eccentricity. However, this can lead to a more or less significant reduction in diffraction efficiency, depending on the design of the acousto-optic element each time. That is, the larger the particular angle of incidence of the incident light (the angle between the optical axis and the beam path), the more inefficiently the incident light is generally diffracted by the acousto-optic element. In practice, therefore, a compromise must be made between eccentricity and diffraction efficiency in consideration of the specific application.

仮想の相互作用点に対して焦点距離の間隔を有しかつ音響光学素子の後方の第2の光学系により、色成分(ここでは色成分は、特定の波長を有する回折光を意味する)は、実質的に互いに共線的に、かつ光軸に対して共線的に伝搬する。しかしながらこのような配置構成により、色成分もしくは結果的に生じる光ビームが集束され、したがって間接的に、結果的に生じる光ビームの発散に結び付くため、光ビームのこの発散に対抗する、音響光学系の前方の第1の光学系が必要である。音響光学素子の前方のこの第1の光学系は、入射光ビームを集束することにより、それぞれの波長の回折光(すなわちすべての色成分)が、音響光学素子においてそれぞれ可能な限りに小さいビーム直径を有するようにする。 By means of a second optical system with a focal length distance to the virtual interaction point and behind the acousto-optic element, the color components (here color component means diffracted light with a particular wavelength) are , propagate substantially collinear to each other and collinear to the optical axis. However, such an arrangement focuses the color components or the resulting light beams, thus indirectly leading to divergence of the resulting light beams, thus counteracting this divergence of the light beams. A first optical system in front of the is required. This first optical system in front of the acousto-optic element focuses the incident light beam so that each wavelength of the diffracted light (i.e. all color components) is distributed to the smallest possible beam diameter at the acousto-optic element. to have

本発明による装置は、特に、特に短いパルス持続時間を有するパルス状の入射光ビームの場合に有利に使用可能である。というのは、パルス持続時間が短くなると、スペクトル幅が拡がり、ひいては光が回折される角度範囲が大きくなるからである。すなわちCSAを減少させることが、必要であるか、または少なくとも望ましい。ここでは、例示的に多光子顕微鏡における、もしくは多光子顕微鏡法の分野におけるこの装置の応用が挙げられており、この応用では一般に、数100フェムト秒の範囲の、利用される光のパルス持続時間が使用される。したがって、本発明の別の実施形態によれば、入射光ビームは、最大1000fs(すなわち≦1000fs)、好適には最大800fs(≦800fs)、好適には最大500fs(≦500fs)、好適には最大300fs(≦300fs)、特に好適には最大200fs(≦200fs)、また極めて好適には最大100fs(≦100fs)のパルス持続時間を有する、パルス光を放射するレーザ光源(パルス状のレーザ光源、パルス状のレーザ、パルスレーザ)からのパルス光である。 The device according to the invention can be used particularly advantageously with pulsed incident light beams having particularly short pulse durations. This is because the shorter the pulse duration, the wider the spectral width and thus the greater the angular range over which the light is diffracted. Thus, reducing CSA is necessary or at least desirable. The application of this device in multiphoton microscopy or in the field of multiphoton microscopy is mentioned here by way of example, where the pulse duration of the light utilized is typically in the range of a few hundred femtoseconds. is used. Therefore, according to another embodiment of the present invention, the incident light beam has a maximum A laser light source emitting pulsed light (pulsed laser light source, pulsed laser light source, pulse laser, pulsed laser).

本発明の第3の実施形態によれば、回折光は、プラス/マイナス1次回折光である。というのはこの次数の光が、好適には顕微鏡法の用途に使用されるからである。 According to a third embodiment of the invention, the diffracted light is plus/minus first order diffracted light. This is because this order of light is preferably used for microscopy applications.

上記の原理は、例えばシリンドリカルレンズにより、かつ/または球形レンズによって実現可能である。シリンドリカルレンズを使用する際の利点は、結晶における、また特に結晶表面におけるピーク強度(最大強度)が比較的小さいことである。結像特性を改善するために、例えばアクロマチックレンズおよび/または非球面レンズも考えられる。説明した本発明を曲面ミラーによって実現することも可能であり、この際には、標準レンズの使用に比べて、色収差が発生しないことが利点である。このようなミラーは、球状の構造形態で、または(球面収差を回避するために)放物面ミラーとして形成されていてよい。幾何学形状上の理由から、状況によっては、「軸外」(off-axis)放物面(OAP)の構造形態の放物面ミラーも適切である。一般に、使用される光学系は、1つ以上のレンズおよび/またはミラーおよび/またはフィルタまたはプリズムのような別の光学素子を含んでいてよく、極めて多種多様な組み合わせが考えられる。 The above principle can be implemented, for example, by cylindrical lenses and/or by spherical lenses. An advantage when using cylindrical lenses is that the peak intensity (maximum intensity) at the crystal, and especially at the crystal surface, is relatively small. Achromatic and/or aspherical lenses, for example, are also conceivable to improve the imaging properties. It is also possible to implement the described invention with curved mirrors, which has the advantage over the use of standard lenses that no chromatic aberration occurs. Such mirrors can be designed with a spherical structural form or (to avoid spherical aberration) as parabolic mirrors. For geometrical reasons, parabolic mirrors in the form of "off-axis" paraboloid (OAP) are also suitable in some situations. In general, the optical system used may include one or more lenses and/or mirrors and/or other optical elements such as filters or prisms, a very wide variety of combinations being possible.

したがって本発明の別の好ましい実現によれば、第1の集束光学系および/または第2の集束光学系には、少なくとも1つのミラーおよび/または少なくとも1つのレンズが含まれている。 Therefore, according to another preferred realization of the invention, the first focusing optics and/or the second focusing optics comprise at least one mirror and/or at least one lens.

構造的に簡単でありかつコスト的に有利であることによって特に好ましい、本発明による装置の実現によれば、第1の集束光学系および/または第2の集束光学系は、レンズ、特に球面レンズまたはシリンドリカルレンズから構成されている。シリンドリカルレンズを使用することは、このAOMにより、ビーム経過の回転対称性が、断たれるために有利である。それは、このAOMにより、ただ1つの空間方向に分解が引き起こされるからである。2つの集束光学系が個々のレンズによって実現される場合、これらの光学系は、好適には、共に球面レンズから構成されるか、または共にシリンドリカルレンズから構成されるかのいずれかである。これによって保証されるのは、ビームが、不必要に1つの次元において集束または発散されないことである。 According to a realization of the device according to the invention, which is particularly favorable because of its structural simplicity and cost advantages, the first focusing optics and/or the second focusing optics are lenses, in particular spherical lenses. Alternatively, it is composed of a cylindrical lens. Using a cylindrical lens is advantageous because this AOM breaks the rotational symmetry of the beam course. This is because the AOM causes decomposition in only one spatial direction. If the two focusing optics are realized by individual lenses, these optics preferably either both consist of spherical lenses or both consist of cylindrical lenses. This ensures that the beam is not unnecessarily focused or diverged in one dimension.

すでに上で述べたように、本発明は、特に好ましくは、音響光学変調器(AOM)を使用して実現される。 As already mentioned above, the invention is particularly preferably implemented using an acousto-optic modulator (AOM).

上で説明したように、本発明による装置は、特に、顕微鏡法における使用に適しており、また顕微鏡法において走査顕微鏡法、特に多光子顕微鏡法に分野における使用に適している。したがって本発明の別の一実施形態によれば、顕微鏡、特に多光子顕微鏡には、請求項1から7までのいずれか1項の装置が含まれている。 As explained above, the device according to the invention is particularly suitable for use in microscopy and in microscopy in the field of scanning microscopy, in particular multiphoton microscopy. Therefore, according to another embodiment of the invention, a microscope, in particular a multiphoton microscope, comprises a device according to any one of claims 1-7.

このような装置を備えた顕微鏡(もしくは顕微鏡システム)(例えば多光子顕微鏡)には、試料を照明するための、パルス光を放射するレーザ光源が含まれており、このレーザ光源は、最大1000fs(すなわち≦1000fs)、好適には最大800fs(≦800fs)、好適には最大500fs(≦500fs)、好適には最大300fs(≦300fs)、特に好適には最大200fs(≦200fs)、また極めて好適には最大100fs(≦100fs)のパルス持続時間を有する、装置に入射する光ビームを形成することができる。本発明による装置により、入射パルス光ビームから形成される、この装置の音響光学素子における回折光のCSAが減少される。この関連において再度、注意を促したいのは、パルス持続時間が短くなると、光が回折されるスペクトル幅、ひいては角度範囲が、拡がることであり、すなわち、パルス持続時間が短い場合、本発明による装置を有する顕微鏡の使用は、CSAを減少させるために特に有利である。 A microscope (or microscope system) equipped with such a device (e.g. a multiphoton microscope) includes a pulsed light emitting laser source for illuminating the sample, which laser source has a maximum output of 1000 fs ( ie ≤ 1000 fs), preferably up to 800 fs (≤ 800 fs), preferably up to 500 fs (≤ 500 fs), preferably up to 300 fs (≤ 300 fs), particularly preferably up to 200 fs (≤ 200 fs), also very preferably can form a light beam incident on the device with a pulse duration of up to 100 fs (≦100 fs). The device according to the invention reduces the CSA of the diffracted light at the acousto-optic element of the device, which is formed from the incident pulsed light beam. In this connection, it should be noted again that as the pulse duration becomes shorter, the spectral width and thus the angular range over which the light is diffracted becomes wider, i.e. for short pulse durations, the device according to the invention is particularly advantageous for reducing CSA.

音響光学素子によって回折された回折光の色拡がり角(CSA:Chromatic Spread Angle)を減少させるための、本発明による方法は、好適には請求項1から7までのいずれか1項に記載の装置を使用して実施される。 The method according to the invention for reducing the Chromatic Spread Angle (CSA) of diffracted light diffracted by an acousto-optic element preferably comprises a device according to any one of claims 1 to 7. is carried out using

本発明の分野に携わる当業者は、本発明による解決手段の、上で説明した装置の特徴の知識があれば、好適には上で説明した装置を使用するために、装置の特徴に対応する方法ステップを構成することであろう。この点において、繰り返しを避けるために、明細書の先行部分を参照されたい。 With knowledge of the above-described device features of the solution according to the invention, a person skilled in the art working in the field of the invention can adapt the device features in order to preferably use the above-described device. would constitute method steps. In this regard, to avoid repetition, reference is made to the preceding portions of the specification.

本発明の教示を有利に構成しかつ発展させるためには、さまざまな選択肢がある。これについては、一方では請求項1に従属する請求項を、他方では図面に基づく本発明の以下の説明を参照されたい。図面に基づく本発明の好ましい実施例の説明に関連して、この教示の一般に好ましい実施形態および発展形態も説明する。 There are various options for advantageously configuring and developing the teachings of the present invention. In this regard, reference is made to the claims subordinate to claim 1 on the one hand and to the following description of the invention based on the drawing on the other hand. Generally preferred embodiments and developments of this teaching are also described in connection with the description of preferred embodiments of the invention based on the drawings.

走査顕微鏡の一般的な照明光路を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a typical illumination light path of a scanning microscope; FIG. AOMにおける回折過程を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing diffraction processes in an AOM; FIG. 本発明による装置の概略図である。1 is a schematic diagram of an apparatus according to the invention; FIG. 第2の光学系としてシリンドリカルレンズを使用する際のビーム経過を示す部分概略図である。FIG. 5 is a partial schematic diagram showing the beam course when using a cylindrical lens as the second optical system;

図1には、ビーム変調手段としての音響光学素子1、特にAOMを備えた走査顕微鏡の、例えば多光子顕微鏡の一般的な照明光路が、大きく簡略化された形で示されている。入射光ビーム2は、光源22、例えばレーザ、特にパルスレーザから出発し、選択的にはビームガイド光学系および適合光学系24を介して、音響光学素子1に到達する。音響光学素子1における回折光7は、ここから、選択的な結像および走査光学系26を介して、対物レンズ28に到達し、最終的には試料30に到達する。 FIG. 1 shows in greatly simplified form the typical illumination beam path of a scanning microscope, for example a multiphoton microscope, with an acousto-optical element 1, in particular an AOM, as beam modulation means. The incident light beam 2 originates from a light source 22 , for example a laser, in particular a pulsed laser, and reaches the acoustooptic device 1 optionally via beam guide optics and adaptation optics 24 . From here, the diffracted light 7 in the acoustooptic element 1 reaches the objective lens 28 via selective imaging and scanning optics 26 and finally reaches the sample 30 .

図2には、与えられた中心周波数λおよびスペクトル幅Δλを有する入射光ビーム2が当たるAOM1における回折過程が略示されている。AOM1の結晶には、結晶に高周波(RF)を印加するトランスデューサ5が取り付けられている。これによって発生するグレーティングでは、一般に利用ビームとして使用される、回折光7の±1次回折光が形成される。回折効率が有限であることによってさらに、一般に0次回折光8も検出可能である。1次回折光の不完全な色共線性および入射光パルス2の有限のスペクトルバンド幅により、±1次回折光の角度分解9が発生し、角度分解9では、光パルスの種々異なる色成分が、わずかに異なる方向に回折される。このことは、例示的に、種々異なる波長λ、λおよびλを有する3つの部分ビーム7a、7b、7cについて示されている。この回折光の拡がりの大きさは、色拡がり角(CSA:Chromatic Spread Angle)によって単位mrad/nmで示される。これらの回折された部分ビーム7a、7b、7cは、AOM1の仮想の相互作用点50から出発しており、この相互作用点50は、AOM1の結晶と周囲媒体との間の移行部におけるいかなる屈折作用も考慮することなく、物理的な伝搬方向とは逆にビーム経過を延長して交点を特定する場合に得られる。 FIG. 2 schematically shows the diffraction process in an AOM 1 impinged by an incident light beam 2 with a given center frequency λ and spectral width Δλ. Attached to the crystal of AOM 1 is a transducer 5 that applies radio frequency (RF) to the crystal. In the resulting grating, the ±first orders of the diffracted light 7 are formed, which are generally used as a useful beam. Due to the finite diffraction efficiency, the 0th order diffracted light 8 is also generally detectable. The imperfect chromatic collinearity of the first order diffracted light and the finite spectral bandwidth of the incident light pulse 2 give rise to an angular resolution 9 of the ±first order diffracted light, in which the different color components of the light pulse are separated into only a few are diffracted in different directions. This is shown by way of example for three partial beams 7a, 7b, 7c with different wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 . The magnitude of the spread of the diffracted light is expressed in units of mrad/nm by the chromatic spread angle (CSA). These diffracted partial beams 7a, 7b, 7c originate from a virtual interaction point 50 of AOM1, which point of interaction 50 corresponds to any refraction at the transition between the crystal of AOM1 and the surrounding medium. Without taking into account the effect, it is obtained if the beam course is extended against the physical direction of propagation and the point of intersection is specified.

図3には、本発明による装置の概略図が示されており、ここでは、AOM1の前方の第1の光学系20(例えば個別のレンズ)と、AOM1の後方の第2の光学系10(同様に例えば個別のレンズ)と、が設けられている。第1の光学系20は、この第1の光学系20によって集束された入射光2の光ビームが、AOM1において、第1の光学系20から間隔dで焦点40に集束されるように、すなわち入射光2の光ビームのビーム経過が、結晶の一点で交わるように位置決めされる。(この図では、周囲媒体から結晶に光が移行する際の屈折作用はわかり易くするために描画されていない。しかしながらこれは、第1の光学系20を配置する際に当然のことながら考慮すべきである。間隔dは一般に、周囲媒体における、例えば空気における光学系20の焦点距離に対応しない。)AOM1の後方の第2の光学系10は、例示的に部分ビーム7a、7b、7cで示した、例えば±1次回折光の色成分が、互いに色共線的に進行する(色共線性)ように位置決めされる。これらの色の部分ビーム7a、7b、7cは、部分ビーム17a、17b、17cに移行する。このようにして生成されコリメートされた(部分ビーム17a、17b、17cを含む)ビームは、試料30に送られる。第2の光学系10と仮想の相互作用点50との間の間隔は、したがって第2の光学系10の焦点距離fに対応する。ここでは第2の光学系10が、±1次回折光の色共線性を得るために、ひいては回折光のコリメートを得るために使用されるのに対し、第1の光学系20は、色の部分ビーム17a、17b、17c(図4を参照されたい)の、また結果的に得られる光ビームの不所望の発散が可能な限りに補償されるか、または少なくともこれに対抗するために使用される。 FIG. 3 shows a schematic diagram of an apparatus according to the invention, in which a first optical system 20 (for example a separate lens) in front of AOM 1 and a second optical system 10 ( are also provided, for example separate lenses). The first optical system 20 is arranged such that the light beam of the incident light 2 focused by this first optical system 20 is focused at the AOM 1 to the focal point 40 at a distance d from the first optical system 20, i.e. The beam paths of the light beams of the incident light 2 are positioned such that they intersect at one point in the crystal. (In this figure, the refraction effects as light travels from the surrounding medium to the crystal are not depicted for clarity. However, this should of course be taken into account when arranging the first optical system 20. The distance d generally does not correspond to the focal length of the optical system 20 in the surrounding medium, e.g. Also, for example, the color components of the ±1st-order diffracted lights are positioned so as to progress collinearly with each other (collinearity). These color partial beams 7a, 7b, 7c transition into partial beams 17a, 17b, 17c. The collimated beams (including the partial beams 17 a , 17 b , 17 c ) generated in this way are directed to the sample 30 . The distance between the second optical system 10 and the virtual interaction point 50 thus corresponds to the focal length f of the second optical system 10 . Here the second optical system 10 is used to obtain the chromatic collinearity of the ±first order diffracted light and thus the collimation of the diffracted light, whereas the first optical system 20 is used for the chromatic part Undesired divergence of the beams 17a, 17b, 17c (see FIG. 4) and of the resulting light beams is compensated as far as possible, or at least used to counteract this .

図4には概略的および部分的に、第2の光学系10としてシリンドリカルレンズを使用した際のビーム経過が詳細に示されており、部分図a)およびb)では、光軸3に関して互いに90°だけ回転されている2つの視点からこの配置構成が示されている。色の部分ビーム7a、7b、7cはそれぞれ、シリンドリカルレンズ10によって集束され、これにより、シリンドリカルレンズ10の後方の空間方向において、部分ビーム17a、17b、17cの不所望の発散および結果的に得られる光ビームの不所望の発散が生じる(部分図a)を参照されたい)。この発散は、AOM1の前方の第1の光学系20によって可能な限りに補償され、この補償は、第1の光学系20が、この第1の光学系20によって行われる集束により、図3において例示的に部分ビーム7a、7b、7cによって描画したそれぞれの波長の回折光(すなわち色成分)がそれぞれ、それ自体可能な限りに小さいビーム直径を有するようにすることによって行われる。 4 shows schematically and partially in detail the beam course when using a cylindrical lens as the second optical system 10, in the partial views a) and b) 90° to each other with respect to the optical axis 3. The arrangement is shown from two perspectives rotated by degrees. The color partial beams 7a, 7b, 7c are each focused by a cylindrical lens 10, which in the spatial direction behind the cylindrical lens 10 results in an undesired divergence of the partial beams 17a, 17b, 17c and the consequent An undesired divergence of the light beam occurs (see partial view a)). This divergence is compensated as much as possible by the first optical system 20 in front of the AOM 1, which compensation is due to the focusing effected by this first optical system 20 in FIG. This is done by ensuring that the diffracted light (ie color components) of each wavelength exemplarily delineated by the partial beams 7a, 7b, 7c each itself has the smallest possible beam diameter.

Claims (19)

音響光学素子(1)における回折光(7)の色拡がり角を減少させる装置を含む顕微鏡であって、
前記装置は、入射光ビーム(2)の光路に配置されている前記音響光学素子(1)を有し、
前記音響光学素子(1)により、前記入射光ビーム(2)から、前記音響光学素子(1)の仮想の相互作用点(50)を起点とする回折光(7)が形成され、
前記顕微鏡は、試料を照明するための、パルス光を放射するレーザ光源を含み、前記レーザ光源により、≦1000fsのパルス持続時間を有する前記入射光ビーム(2)が供給され、
前記装置には、2つの集束光学系(10、20)が含まれており、
第1の集束光学系(20)は、前記光路において前記音響光学素子(1)の前方に配置されており、第2の集束光学系(10)は、前記回折光(7)に配置されており、
前記第1の集束光学系(20)の後方の前記入射光ビーム(2)の焦点(40)は、前記音響光学素子(1)に位置しており、
前記仮想の相互作用点(50)は、前記第2の集束光学系(10)の前方の焦点にある、
顕微鏡
A microscope comprising a device for reducing the color spread angle of diffracted light (7) in an acousto-optical element (1),
The device comprises the acousto-optic element (1) arranged in the optical path of an incident light beam (2),
The acousto-optic element (1) forms diffracted light (7) originating from a virtual interaction point (50) of the acousto-optic element (1) from the incident light beam (2),
said microscope comprising a laser light source emitting pulsed light for illuminating a sample, said laser light source providing said incident light beam (2) having a pulse duration of ≦1000 fs;
The device includes two focusing optics (10, 20),
A first focusing optical system (20) is arranged in the optical path in front of the acoustooptic element (1), and a second focusing optical system (10) is arranged in the diffracted light (7). cage,
the focal point (40) of the incident light beam (2) behind the first focusing optics (20) is located at the acousto-optic element (1);
said virtual interaction point (50) is at the front focus of said second focusing optics (10);
microscope .
前記回折光(7)は、プラス/マイナス1次回折光である、
請求項1載の顕微鏡
The diffracted light (7) is plus/minus first order diffracted light,
A microscope according to claim 1.
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)には、少なくとも1つのミラーが含まれている、
請求項1または2記載の顕微鏡
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) comprises at least one mirror;
3. A microscope according to claim 1 or 2 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)には、少なくとも1つのレンズが含まれている、
請求項1からまでのいずれか1項記載の顕微鏡
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) comprises at least one lens;
4. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 3 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)は、1つのレンズら構成されている、
請求項1からまでのいずれか1項記載の顕微鏡
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) consists of one lens,
5. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 4 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)は、1つの球形レンズまたはシリンドリカルレンズから構成されている、Said first focusing optics (20) and/or said second focusing optics (10) consist of one spherical or cylindrical lens,
請求項5記載の顕微鏡。6. A microscope according to claim 5.
前記音響光学素子は、音響光学変調器である、
請求項1から6までのいずれか1項記載の顕微鏡
The acousto-optic device is an acousto-optic modulator,
7. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 6.
前記顕微鏡は、多光子顕微鏡である、
請求項1から7までのいずれか1項記載の微鏡
wherein the microscope is a multiphoton microscope;
8. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 7 .
記レーザ光源により、300fsパルス持続時間を有する前記入射光ビーム(2)が供給される、
請求項1から8までのいずれか1項記載の顕微鏡。
said laser light source providing said incident light beam (2) having a pulse duration of 300 fs;
9. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 8 .
前記レーザ光源により、≦100fsのパルス持続時間を有する前記入射光ビーム(2)が供給される、said laser light source providing said incident light beam (2) having a pulse duration of ≦100 fs;
請求項1から8までのいずれか1項記載の顕微鏡。9. A microscope as claimed in any one of claims 1 to 8.
求項1から10までのいずれか1項記載の顕微鏡を使用して、音響光学素子(1)における回折光(7)の色拡がり角を減少させる方法であって、
前記音響光学素子(1)は、入射光ビーム(2)の光路に配置されており、前記回折光(7)は、前記入射光ビーム(2)から形成され、前記回折光(7)は、前記音響光学素子(1)の仮想の相互作用点(50)から出発し、
前記方法は、
第1の集束光学系(20)により、前記音響光学素子(1)に位置する焦点(40)に前記入射光ビーム(2)を集束するステップと、
前記音響光学素子(1)により、前記入射光ビーム(2)から前記回折光(7)を形成するステップであって、前記回折光(7)は、前記音響光学素子(1)の仮想の相互作用点(50)から出発するステップと、
第2の集束光学系(10)を通して前記回折光(7)を通過させるステップであって、前記仮想の相互作用点(50)は、前記第2の集束光学系(10)の前方の焦点に位置するステップと、
を含み、
前記入射光ビーム(2)は、≦1000fsのパルス持続時間を有するパルス光を放射するレーザ光源からのパルス光ビームである、
方法。
A method for reducing the color spread angle of diffracted light (7) in an acoustooptic device (1) using a microscope according to any one of claims 1 to 10 , comprising:
The acoustooptic element (1) is placed in the optical path of an incident light beam (2), the diffracted light (7) is formed from the incident light beam (2), the diffracted light (7) is starting from a virtual interaction point (50) of said acoustooptic element (1),
The method includes
focusing the incident light beam (2) to a focal point (40) located at the acousto-optic element (1) by a first focusing optics (20);
forming said diffracted light (7) from said incident light beam (2) by said acousto-optical element (1), said diffracted light (7) being a virtual mutual starting from the point of action (50);
passing said diffracted light (7) through a second focusing optic (10), wherein said virtual interaction point (50) is at the front focus of said second focusing optic (10); a step located
including
said incident light beam (2) is a pulsed light beam from a laser light source emitting pulsed light with a pulse duration of ≦1000 fs;
Method.
前記入射光ビーム(2)は、300fsパルス持続時間を有するルス光を放射するレーザ光源からのパルス光ビームである、
請求項11記載の方法。
said incident light beam (2) is a pulsed light beam from a laser light source emitting pulsed light with a pulse duration of 300 fs;
12. The method of claim 11 .
前記入射光ビーム(2)は、≦100fsのパルス持続時間を有するパルス光を放射するレーザ光源からのパルス光ビームである、said incident light beam (2) is a pulsed light beam from a laser light source emitting pulsed light with a pulse duration of ≦100 fs;
請求項11記載の方法。12. The method of claim 11.
前記回折光(7)は、プラス/マイナス1次回折光である、
請求項11から13までのいずれか1項記載の方法。
The diffracted light (7) is plus/minus first order diffracted light,
A method according to any one of claims 11-13 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)には、少なくとも1つのミラーが含まれている、
請求項11から14までのいずれか1項記載の方法。
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) comprises at least one mirror;
A method according to any one of claims 11 to 14 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)には、少なくとも1つのレンズが含まれている、
請求項11から15までのいずれか1項記載の方法。
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) comprises at least one lens;
A method according to any one of claims 11 to 15 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)は、1つのレンズら構成されている、
請求項11から16までのいずれか1項記載の方法。
said first focusing optic (20) and/or said second focusing optic (10) consists of one lens,
A method according to any one of claims 11-16 .
前記第1の集束光学系(20)および/または前記第2の集束光学系(10)は、1つのシリンドリカルレンズから構成されている、The first focusing optics (20) and/or the second focusing optics (10) consist of one cylindrical lens,
請求項17記載の方法。18. The method of claim 17.
前記音響光学素子は、音響光学変調器である、
請求項11から18までのいずれか1項記載の方法。
The acousto-optic device is an acousto-optic modulator,
A method according to any one of claims 11-18 .
JP2020538997A 2018-01-15 2019-01-15 Acousto-optic device and method Active JP7309728B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018100762 2018-01-15
DE102018100762.0 2018-01-15
PCT/EP2019/050868 WO2019138119A1 (en) 2018-01-15 2019-01-15 Acousto-optical device and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021510845A JP2021510845A (en) 2021-04-30
JP7309728B2 true JP7309728B2 (en) 2023-07-18

Family

ID=65278314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020538997A Active JP7309728B2 (en) 2018-01-15 2019-01-15 Acousto-optic device and method

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11927735B2 (en)
EP (1) EP3740802B1 (en)
JP (1) JP7309728B2 (en)
CN (1) CN111630432B (en)
WO (1) WO2019138119A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4145207A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-08 Leica Microsystems CMS GmbH Optical filter device for illuminating a sample
CN114200697B (en) * 2021-11-17 2023-05-12 华中科技大学 Method and device for correcting ellipticity of diffraction light spot of acousto-optic modulator
US20230259001A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-17 Quantinuum Llc Fast frequency-tunable optical relay and methods of use

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003065850A (en) 2001-08-22 2003-03-05 Shikoku Res Inst Inc Device for separating diffracted ray, and method for time-resolved measurement of spectrum
JP2008209429A (en) 2007-02-23 2008-09-11 Olympus Corp Illuminating device for microscope and fluorescence microscope system
CN103453988A (en) 2013-08-26 2013-12-18 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 Cascading chromatic dispersion system for acousto-optic tunable filter

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53117448A (en) 1977-03-23 1978-10-13 Canon Inc Modulating optical system
US4316670A (en) * 1979-05-29 1982-02-23 Beta Industries, Inc. Apparatus and method for determining the configuration of a reflective surface
US4498770A (en) 1979-05-29 1985-02-12 Beta Industries, Inc. Apparatus and method for determining the configuration of a reflective surface
GB2115572B (en) * 1982-02-23 1985-07-03 Standard Telephones Cables Ltd An acousto-optic heterodyne signal processing device
JP2560077B2 (en) * 1988-04-18 1996-12-04 浜松ホトニクス株式会社 Optical system for spectroscopic imaging device using acousto-optic filter
JPH01282515A (en) * 1988-05-10 1989-11-14 Tokyo Electron Ltd Beam scanning type optical microscope
US5694216A (en) * 1996-04-25 1997-12-02 University Of Central Florida Scanning heterodyne acousto-optical interferometers
US6108510A (en) * 1997-06-20 2000-08-22 Minolta Co., Ltd. Tandem-type image forming apparatus having full-color print mode and single-color print mode
DE19805111A1 (en) 1998-02-09 1999-08-19 Ldt Gmbh & Co Distraction device, its use and a video system
JP4009114B2 (en) * 2002-02-06 2007-11-14 株式会社リコー Laser optical device
US7019891B2 (en) * 2004-06-07 2006-03-28 Electro Scientific Industries, Inc. AOM modulation techniques employing plurality of tilt-angled transducers to improve laser system performance
WO2006042130A2 (en) * 2004-10-06 2006-04-20 Baylor College Of Medicine High speed microscope with three-dimensional laser beam scanning
JP2008129535A (en) * 2006-11-24 2008-06-05 Sumitomo Heavy Ind Ltd Beam distribution device and multi-axis laser irradiation device
CN201017131Y (en) 2006-12-01 2008-02-06 华中科技大学 Ultrashort pulse laser scanning device
DE102007024075B4 (en) * 2007-05-22 2022-06-09 Leica Microsystems Cms Gmbh Tunable acousto-optic filter element, adjustable light source, microscope and acousto-optic beam splitter
HU0800781D0 (en) * 2008-12-31 2009-03-02 Femtonics Kft Focusing system comprising acousto-optic deflectors for focusing an electromagnetic beam
CN101706617B (en) * 2009-09-30 2011-11-02 深圳先进技术研究院 Acousto-optic filter
CN201749021U (en) * 2010-07-23 2011-02-16 中国科学院上海技术物理研究所 Dim light test device of diffraction performance of acousto-optic turnable filter
ITTO20130229A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-23 Fond Istituto Italiano Di Tecnologia COLLECTED MICROSCOPY WITH STIMULATED EMISSION (STED) FOR RANDOM ACCESS
DE102013227105A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope and acousto-optical beam combiner for a microscope
CN105866968B (en) * 2016-05-31 2019-05-24 武汉理工大学 A kind of dispersion compensation device based on diffraction lens
CN205981138U (en) * 2016-08-11 2017-02-22 广西师范大学 Phase shift formula optical projection three -dimensional measurement system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003065850A (en) 2001-08-22 2003-03-05 Shikoku Res Inst Inc Device for separating diffracted ray, and method for time-resolved measurement of spectrum
JP2008209429A (en) 2007-02-23 2008-09-11 Olympus Corp Illuminating device for microscope and fluorescence microscope system
CN103453988A (en) 2013-08-26 2013-12-18 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 Cascading chromatic dispersion system for acousto-optic tunable filter

Also Published As

Publication number Publication date
CN111630432B (en) 2023-11-28
US20210063715A1 (en) 2021-03-04
US11927735B2 (en) 2024-03-12
WO2019138119A1 (en) 2019-07-18
EP3740802B1 (en) 2023-06-28
JP2021510845A (en) 2021-04-30
CN111630432A (en) 2020-09-04
EP3740802A1 (en) 2020-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7309728B2 (en) Acousto-optic device and method
CA2748525C (en) Focusing system comprising acousto-optic deflectors for focusing an electromagnetic beam
US9588326B2 (en) Confocal incident-light scanning microscope with means for frequency conversion
JP2013152471A (en) Beam deflection device and method
JP5726566B2 (en) Two-dimensional scanner and photostimulation device
JP6538694B2 (en) Scanning microscope and acousto-optic main beam splitter for said scanning microscope
US8248687B2 (en) Wide-band optical amplifier, optical pulse generator, and optical instrument
JP6530405B2 (en) Beam combiner, acousto-optic beam combiner, light source, microscope and use
US8879058B2 (en) Miniaturized multimodal cars endoscope
JP6526678B2 (en) Scanning microscope with polarization sample illumination
US20160231575A1 (en) Spatiotemporal focusing apparatus and method
US9318863B2 (en) Device and method for stretching or compressing laser pulses
CN105765437B (en) Microscope with acousto-optic device
JP2022518161A (en) Two-color confocal co-localized microscopy
CN113433708B (en) Air ionization display device and control method thereof
JP6742984B2 (en) Microscope with beam splitter
JP2006058477A (en) Ultra-high resolution microscope
US10837906B2 (en) Measurement device and irradiation device
JP2006510886A (en) Methods and arrangements for optical inspection and / or optical processing of samples
JP2016107321A (en) Laser machining method and laser machining device
JP2005266705A (en) Super-resolution microscope
EP4145218A1 (en) Optical filter device
EP4145207A1 (en) Optical filter device for illuminating a sample
JP2009063666A (en) Microscope
JP2022029970A (en) Detection device and detection method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220114

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221005

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221018

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221223

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230320

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230606

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7309728

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150